ArrayDeque源码解析

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数据结构源码分析汇总

目录

• ArrayDeque简介
• ArrayDeque的常量和成员变量介绍
• ArrayDeque的构造函数
• ArrayDeque相关的函数
• 小结
• 参考文章

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ArrayDeque简介

ArrayDeque类是双端队列Deque的实现类，类的继承结构如下:

public class ArrayDeque extends AbstractCollection
                           implements Deque, Cloneable, Serializable

就其实现而言，ArrayDeque采用了循环数组的方式来完成双端队列的功能。

ArrayDeque有以下基本特征：

• 无限的扩展，自动扩展队列大小的。（当然在不会内存溢出的情况下。）
• 非线程安全的，不支持并发访问和修改。
• 支持fast-fail.
• 作为栈使用的话比Stack要快.
• 当队列使用比LinkedList要快。
• null元素被禁止使用。

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ArrayDeque的常量和成员变量介绍

private static final int MIN_INITIAL_CAPACITY = 8; //初始化 elements 的 最小长度
transient Object[] elements; // ArrayDeque保存数据的数组
transient int head;// 第一个元素的位置
transient int tail;// 最后一个元素的位置

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ArrayDeque的构造函数

• 数组默认的长度时 16，当指定长度时，会通过allocateElements计算 大于numElements 的最小 2n (n >=3)为数组的长度。 为什么是 2n ，和 HashMap 类似，通过index & (elements.length - 1)计算索引。

public ArrayDeque() {
    elements = new Object[16];
}
public ArrayDeque(int numElements) {
    allocateElements(numElements);
}
public ArrayDeque(Collection c) {
    allocateElements(c.size());
    addAll(c);
}
private void allocateElements(int numElements) {
    int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;
    if (numElements >= initialCapacity) {
        initialCapacity = numElements;
        initialCapacity |= (initialCapacity >>>  1);
        initialCapacity |= (initialCapacity >>>  2);
        initialCapacity |= (initialCapacity >>>  4);
        initialCapacity |= (initialCapacity >>>  8);
        initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
        initialCapacity++;

        if (initialCapacity < 0)    
            initialCapacity >>>= 1;
    }
    elements = new Object[initialCapacity];
}

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ArrayDeque相关的函数

//添加到head前面
public void push(E e)
public boolean offerFirst(E e)
public void addFirst(E e)

//添加到tail后面
public boolean add(E e)
public boolean offerLast(E e)
public void addLast(E e)

//删除head所在位置的元素
public E pop()
public E remove()
public E poll()
public E removeFirst()
public E pollFirst()

//删除 tail所在位置的元素
public E removeLast()
public E pollLast()

//获取head所在位置的元素
public E element()
public E peek()
public E peekFirst()

//获取tail所在位置的元素
public E peekLast()

//获取队列元素的个数
public int size()

addFirst(E e)

• 因为 head 和 tail 默认为 0，所以默认第一个元素存入的位置为 element 数组的最后的索引位置。当head==tail 时，说明elements数组满了，需要进行数组扩容，新数组长度是原来的2倍，然后重新赋值head = 0 。

public void addFirst(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
    if (head == tail)
        doubleCapacity();
}
private void doubleCapacity() {
    assert head == tail;
    int p = head;
    int n = elements.length;
    int r = n - p; // number of elements to the right of p
    int newCapacity = n << 1;
    if (newCapacity < 0)
        throw new IllegalStateException("Sorry, deque too big");
    Object[] a = new Object[newCapacity];
    System.arraycopy(elements, p, a, 0, r);
    System.arraycopy(elements, 0, a, r, p);
    elements = a;
    head = 0;
    tail = n;
}

扩容

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addLast(E e)

• addLast即赋值 tail索引位置的值为e，然后tail++，当head==tail 时，同addFirst(E e)进行数组扩容。

public void addLast(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    elements[tail] = e;
    if ( (tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
        doubleCapacity();
}

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pollFirst()、pollLast()、peekFirst()、peekLast()

• 返回对应索引的元素。

public E pollFirst() {
    final Object[] elements = this.elements;
    final int h = head;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E result = (E) elements[h];
    // Element is null if deque empty
    if (result != null) {
        elements[h] = null; // Must null out slot
        head = (h + 1) & (elements.length - 1);
    }
    return result;
}
public E pollLast() {
    final Object[] elements = this.elements;
    final int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E result = (E) elements[t];
    if (result != null) {
        elements[t] = null;
        tail = t;
    }
    return result;
}
public E peekFirst() {
    // elements[head] is null if deque empty
    return (E) elements[head];
}
public E peekLast() {
    return (E) elements[(tail - 1) & (elements.length - 1)];
}

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size()

public int size() {
    return (tail - head) & (elements.length - 1);
}

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小结

• ArrayDeque是带首尾标记的数组实现的双端队列。

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参考文章

• Java集合ArrayDeque类解读
• ArrayDeque

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